一种汽车视频控制器的ESD仿真分析

　　引言

　　当今时代科技发展日新月异，汽车周边的电磁环境也越来越复杂，车载电子设备也日益增多，相应地也就带来越来越多的电磁干扰问题。这对汽车电子零部件也提出了越来越高的电磁兼容(EMC)性能要求，同时它们的设计、测试和整改却给整车研发时间和成本带来了较大压力。在产品设计阶段引入EMC 仿真，结合过往汽车零部件的EMC测试数据和记录，可以在设计早期发现EMC问题，为企业减少研发和测试成本，并能为整车的开发节省宝贵的时间。

　　汽车电子领域的电磁兼容测试分为辐射，抗扰，瞬态以及静电放电测试。静电放电测试是其中最为基本的一项测试，它模拟了由于汽车在不同的气候和环境条件下人员可能会带上非常高的静电，这就会对车载电子设备造成很大的静电放电冲击。为了保证人员在使用车载电子设备时的可靠性和安全性，因此非常有必要对汽车电子零部件进行静电放电测试。

　　本文主要介绍电磁兼容测试中的抗静电能力(ESD)的评估分析和整改。具体失效问题为在正常上电工作模式下，当对视频控制器附近的镀铬饰条释放4kV的静电时，静电电压会从控制器的螺丝固定点放电进入内部的PCB板，导致TFT屏幕异常闪烁，这会对售后造成用户抱怨。解决问题的关键就是要知道静电电流在PCB上是如何流动的，然后切断静电泄放通路或者减小流动的电流。本文后面会通过多级仿真软件联合仿真来进行ESD失效的仿真和实测分析。

　　1 ESD仿真方法

　　实际的静电测试分为三种工况：一种为零件处于上电状态，静电枪直接对着被测零件放电;第二种为零件处于上电状态，静电枪对着与被测零件相关的远端线束放电;第三种为不上电状态，模拟零件在生产过程中的搬运状况。这里我们主要研究最容易出问题的上电状态。

　　具体的上电模式的静电放电测试方法为，在湿度温度达到一定要求(23℃±3℃，湿度20%～40%)的屏蔽室内，将被测零件放置到垫有绝缘层的接地桌上接上电源及辅助设备保证其能正常工作，然后就可以用配备正确放电网络的静电枪对准被测零件表面或者与被测零件相关线束的远端进行静电放电测试。

　　了解清楚了实际的静电放电测试是怎么做的，我们就可以有的放矢的对照着做仿真测试，相应的也要在仿真环境中建立静电产生源—静电枪模型，被测零件—提取相关电路，试验环境—ESD台架模型。

　　本视频控制器的ESD仿真步骤包括：建立ESD静电枪的仿真模型，搭建ESD测试台架模型，提取几何实物模型(PCB板相关电路的提取)，然后利用PSpice等工具联合仿真等几个主要的步骤，下面将结合视频控制器ESD问题进行具体分析。

　　1.1 静电枪的仿真模型

　　市面上的静电放电枪有很多种，但原理大同小异，主要由直流电压发生器、充电电容、充电电阻、放电电阻、放电开关和放电头组成。

　　那我们进行静电测试仿真，首先第一步也是最关键的就是要建立ESD静电枪的模型，并且确保放电网络和波形能符合标准测试的要求。根据静电枪的工作原理及电气构造(如图1)，我们提取出静电枪的电气参数，然后使用仿真软件建立ESD静电枪的电路模型。

　　图2和表1是我们在仿真软件中建立的静电枪的电气原理图和其相关的参数表。

　　然后通过仿真运行，得到静电枪仿真模型模拟出的高压静电波形如图3与图4，与ISO 10605标准中规定的波形比较，完全符合标准要求。